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12.8:

Diminuição da Pressão de Vapor

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Chemistry
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Vapor Pressure Lowering

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Algumas propriedades de uma solução dependem do tipo de soluto. Uma solução aquosa de ácido clorídrico torna um papel de pH vermelho, enquanto uma solução de hidróxido de sódio torna-o azul. Outras propriedades de uma solução dependem apenas da concentração ou o número de partículas do soluto em vez do tipo de soluto.Estas são chamadas propriedades coligativas. Um desses bens é a pressão de vapor de uma solução. A pressão de vapor de um líquido é a pressão do gás acima do líquido resultante da evaporação quando o líquido e o gás estão num equilíbrio dinâmico num contentor fechado.A pressão de vapor da solução é sempre menos do que isso do solvente puro. Considere uma solução feita quando um soluto não volátil, que não possui pressão de vapor mensurável, é adicionado a um solvente volátil. Num solvente puro, toda a superfície do líquido são partículas de solvente.Algumas destas partículas escapam para o estado gasoso para criar vapor, enquanto algumas das moléculas de gás condensam acima para um estado líquido. Quando a taxa de a vaporização é igual a a taxa de condensação, o equilíbrio dinâmico é alcançado. Numa solução, a superfície líquida tem tanto soluto como partículas de solvente.Assim, um número mais reduzido das partículas de solvente de superfície podem vaporizar. A taxa de condensação diminui para restabelecer o equilíbrio dinâmico com a taxa de vaporização diminuída, agora com uma menor concentração de partículas de solvente no estado gasoso. A pressão de vapor de uma solução pode ser calculado pela lei de Raoult, que afirma que a pressão de uma solução é igual à fração molar do solvente, chi, multiplicado pela pressão de vapor do solvente puro, P nada.Por exemplo, uma solução contém 1, 5 mol de um soluto não-volátil como glicerol e 3, 5 mol de água a 25 C.A fração molar do solvente é de 0, 70 e a pressão de vapor de água pura é 23, 8 Torricelli. A pressão de vapor da solução pode ser calculada utilizando a lei de Raoult a pressão do solvente puro será 16, 7 Torricelli, 70%do vapor Uma equação para vapor redução da pressão, ΔP, também pode ser derivada da Lei de Raoult. Desde que a fração molar do solvente seja igual a um menos a fração molar do soluto, pode ser substituída na Lei de Raoult.Isto pode ser utilizado para criar uma equação onde pressão de vapor baixa é diretamente proporcional à fração molar do soluto. Recordando o exemplo anterior, a fração molar do soluto é 1 menos a fração molar do solvente. Logo o valor, a fração molar do soluto é 0, 3.Dado que a pressão de vapor de água pura é 23, 8 Torricelli, a redução da pressão de vapor é calculado em 7, 14 Torricelli. Adicionando ΔP e o vapor pressão da solução, obtém-se a pressão de vapor do solvente puro.

12.8:

Diminuição da Pressão de Vapor

A pressão de vapor de equilíbrio de um líquido é a pressão exercida pela sua fase gasosa quando vaporização e condensação ocorrem a taxas iguais:

 Eq1

A dissolução de uma substância não volátil em líquido volátil resulta em uma redução da pressão de vapor do líquido. Este fenómeno pode ser explicado considerando o efeito de moléculas de soluto adicionadas nos processos de vaporização e condensação do líquido. Para vaporizarem, as moléculas de solvente devem estar presentes à superfície da solução. A presença de soluto diminui a área de superfície disponível para as moléculas de solvente, reduzindo assim a taxa de vaporização do solvente. Uma vez que a taxa de condensação não é afectada pela presença de soluto, o resultado líquido é que o equilíbrio entre vaporização e condensação é alcançado com menos moléculas de solvente na fase de vapor (ou seja, a uma pressão de vapor mais baixa).

Embora esta interpretação seja útil, não considera vários aspectos importantes da natureza coligativa da diminuição da pressão de vapor. Uma explicação mais rigorosa envolve a propriedade da entropia. Para fins de compreensão da diminuição da pressão de vapor de um líquido, é adequado notar que a natureza mais dispersa da matéria em uma solução, comparada com as fases separadas de solventes e solutos, serve para estabilizar efetivamente as moléculas de solvente e impedir a sua vaporização. Uma pressão de vapor mais baixa resulta daí, e um ponto de ebulição correspondente mais elevado.

A relação entre as pressões de vapor dos componentes da solução e as concentrações desses componentes é descrita pela lei de Raoult: A pressão parcial exercida por qualquer componente de uma solução ideal é igual à pressão de vapor do componente puro multiplicada pela sua fração molar na solução.

 Eq2

onde PA é a pressão parcial exercida pelo componente A na solução, PºA é a pressão de vapor do A puro, e XA é a fração molar de A na solução.

Recordando que a pressão total de uma mistura gasosa é igual à soma das pressões parciais para todos os seus componentes (lei de pressões parciais de Dalton), a pressão total de vapor exercida por uma solução contendo i componentes é

 Eq3

Uma substância não volátil é uma cuja pressão de vapor é negligenciável (Pº ≈ 0), pelo que a pressão de vapor acima de uma solução que contém apenas solutos não voláteis deve-se apenas ao solvente:

 Eq4

Este texto é adaptado de Openstax, Chemistry 2e, Section 11.4: Colligative Properties.

Suggested Reading

  1. Andrews, Frank C. "Colligative properties of simple solutions." Science 194, no. 4265 (1976): 567-571.
  2. Lindsay Jr, W. T., and Chu Tisin Liu. “Vapor pressure lowering of aqueous solutions at elevated temperatures.” Westinghouse Research Laboratories, Pittsburgh, Pennsylvania, 1968.
  3. Chinard, Francis P. "Colligative properties." Journal of Chemical Education 32, no. 7 (1955): 377.